CN1160108A - 施工机械作业范围极限控制装置 - Google Patents

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Abstract

由第2禁止侵入区运算部9b设定自第1禁止侵入区起位于前置装置1A侧的第2禁止侵入区，由减速控制运算部9e计算监测点P1、P5与第2禁止侵入区及第1禁止侵入区的距离Lj1、Lj5，并相对于减速距离Lj，校正操作信号(控制压力)，如Lj1≥Lj、且Lj5≥Lj，则减速指令信号KBU、KBD、KAC、KAD均为1；如Lj1<Lj、且Lj5≥Lj，则KBU=LJ1/Lj、KBD=1、KAC=1、KAD=1；如Lj1≥Lj、且Lj5<Lj，则KBU=Lj5/Lj、KBD=1、KAC=1、KAD=Lj5/Lj；如Lj1<Lj、且Lj5≥Lj，则KBU=min(Lj1、Lj5)/Lj、KBD=1、KAC=1、KAD=LJ5/Lj。

Description

施工机械作业范围极限控制装置
本发明涉及备有多关节型前置装置的施工机械的作业范围极限控制装置，尤其是备有由铲柄、动臂、铲斗等构成的前置装置的油压挖土机的作业范围极限控制装置，
在油压挖土机上，将动臂安装在上部旋转体的前部，在该动臂的前端部依次联结铲柄、铲斗，构成多关节型的作业机构(前置装置)。通过操纵上述作业机构的屈折运动，进行挖掘装卸作业。
可是，在油压挖土机进行作业时的现场上方或前方有时存在障碍物。例如，在室外作业时的电线、室内作业时的天花板等形成的上方障碍物。而如在狭窄的住宅地区进行作业，则在前方如有民房墙壁等时，这些将形成前方的障碍物。司机在作业时必须细心严加注意，使铲斗的爪尖不要碰到、剐到这些障碍物，因而给司机造成很大的负担。
针对这种问题，有在特开平3-208923号公报中记述的发明。在该发明中，预先设定在上方的禁止侵入区，并在其下方预先设定驱动装置的减速区域，如构成作业机构的前置构件的各前端位置中高度最大的部分侵入减速区域，则减低驱动装置的动作速度，使作业机构减速，而如果再进一步到达禁止侵入区，则通过驱动装置停止作业机构的动作，以防止作业机构的一方接触到上方的障碍物。
另外，在特开平3-217523号公报中，为了使作业机构不致干扰司机室预先设定禁止侵入区，当作业机构的前端到达禁止侵入区时，停止驱动装置的动作，使作业机构停止。
但是，在上述现有技术中存在如下问题。
在实际现场进行作业的司机，不愿意在作业中突然使驱动装置的动作完全停止、或减低动作速度。其原因是：如果使驱动装置的动作完全停止、或减低动作速度则将造成操作性能降低、作业效率减低。然而，在上述现有技术中，在将作业机构伸到禁止侵入区附近作业时，如作业机构到达禁止侵入区，则会使驱动装置立即完全停止动作，所以，在作业时每当到达禁止侵入区就要使作业机构完全停下来，因而使操作性及作业效率大幅度降低。此外，当设定减速区域时，因为在禁止侵入区的附近会使驱动装置的速度变慢，所以在这一点上也将导致操作性能能降低、作业效率减低。
本发明的目的是提供一种尽量不降低操作性能、而能防止前置装置与障碍物接触的施工机械作业范围极限控制装置。
为解决上述课题，本发明采用以下结构。
(1)本发明的施工机械作业范围极限控制装置是为这样的施工机械而准备的，即该施工机械具有：施工机械的作业机构本体、由包含联结于该作业机构本体的第1及第2前置构件的多个前置构件构成的多关节型前置装置、用于驱动上述多个前置构件的多个油压驱动装置、用于对上述多个前置构件的动作发出指示的多个操作装置、根据来自上述多个操作装置的信号的驱动，对于供给上述多个油压驱动装置的液压油流量进行控制的多个流量控制阀；如上述前置装置到达第1禁止侵入区，则停止向上述油压驱动装置供给液压油，并使上述前置装置停运；该施工机械作业范围极限控制装置备有：禁止侵入区设定装置，用于设定在比上述第1禁止侵入区更靠近上述前置装置一侧的第2禁止侵入区；及第1操作信号校正装置，用于在上述第2前置构件上设定的第1监测点紧临侵入上述第2禁止侵入区之前对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1前置构件停止，但使上述第2前置构件动作。
按以上方式设置第1操作信号校正装置，如果在第2前置构件上设定的第1监测点要侵入上述第2禁止侵入区，则通过对操作装置的操作信号进行校正，在其侵入之前使第1前置构件停运，但使上述第2前置构件动作，从而在第1监测点到达上述第2禁止侵入区的边际时，即使第1前置构件停运，第2前置构件仍能动作，所以可抑制操作性能的降低。此外，由于将第2禁止侵入区设定在较比第1禁止侵入区更靠近前置装置一侧，所以通过适当设定两个禁止侵入区边界之间的距离，即使第2前置构件动作，前置装置一方也不会侵入第1禁止侵入区，因而能防止前置装置与障碍物接触。
(2)在上述(1)中，如上述第1监测点接近上述第2禁止侵入区，则上述第1操作信号校正装置最好对上述第1前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1前置构件减速。
这样，通过用第1操作信号校正装置使第1前置构件减速，使第1前置构件紧临侵入第2禁止区之前能以灵活地停运，借以防止第2前置构件越位或缓和在其停运时产生的冲击。此外，即使进行这种减速控制，但只要不对第2前置构件进行减速控制；第2前置构件就能自由动作，因而能在最大程度上抑制操作性能的降低。
(3)另外，在上述(1)中，最好还备有第2操作信号校正装置，在上述前置装置上设置的第2监测点紧临侵入上述第1禁止侵入区之前，对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1及第2前置构件两者都停运。
这样，通过进一步设置第2操作信号校正装置，并在第2监测点紧临侵入上述第1禁止侵入区之前使上述第1及第2前置构件两者都停止，前置装置就不会侵入第1禁止区。
(4)在上述(3)中，如上述第2监测点接近上述第1禁止侵入区，则上述第2操作信号校正装置最好对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1及2前置构件两者都减速。
这样，通过用第2操作信号校正装置使上述第1及2前置构件两者都减速，使上述第1及第2前置构件分别在侵入第1禁止区及第2禁止侵入区之前能以灵活停运，借以防止第1及第2前置构件越位或缓和在停运时产生的冲击。
(5)另外，在上述(1)中，上述第1及第2前置构件最好是使第2前置构件对于第1前置构件作相对转动的、以关节联结的邻接前置构件。
(6)在上述(1)中，上述第1及第2前置构件例如是油压挖土机的动臂和铲柄。
(7)另外，在上述(1)中，上述禁止侵入区设定装置将上述第2禁止侵入区设定在与上述第1禁止侵入区相距一段距离，以使上述第1监测点位于上述第2禁止侵入区的临界位置上的状态下使上述第2前置构件动作时，不会使上述第2前置构件的一方侵入上述第1禁止侵入区。
通过按这种方式设定第2禁止区，如上所述，即使上述第2前置构件动作，前置装置的一方不会侵入第1禁止区。
(8)在上述(1)中，上述多个操作装置例如采用作为上述操作信号输出控制压力的油压控制，上述第1操作信号校正装置包含控制压力校正装置，在上述第1监测点紧临侵入上述第2禁止侵入区之前，使上述第1前置构件的操作装置的控制压力降低到油箱压力。
(9)在上述(2)中，上述多个操作装置例如也采用作为上述操作信号输出控制压力的油压控制，上述第2操作信号校正装置包含控制压力校正装置，在上述第2监测点紧临侵入上述第1禁止侵入区之前，使上述第1及第2前置构件的操作装置的控制压力降低到油箱压力。
(10)另外，在上述(8)和(9)中，上述控制压力校正装置最好包含电动式减压阀，该阀设置在将从上述第1及第2前置构件的操作装置输出的控制压力传送到对应的流量控制阀的控制管线上。
图1是采用本发明第1实施例的施工机械作业范围限制控制装置连同其油压驱动装置一并表示的图。
图2是采用本实施例的油压挖土机的外形图。
图3是油压控制操纵杆装置的详细表示图。
图4是表示本实施例的控制单元控制功能的功能框图。
图5是表示在本实施例的作业范围限制控制装置中采用的坐标系及区域设定方法的图。
图6是表示本实施例的作业范围限制控制中的第1及第2禁止侵入区以及减速区域的图。
图7是表示减速控制运算中监测点和禁止侵入区的距离与减速控制信号的关系的图。
图8是表示最大控制压力运算部的控制压力与缸速的关系的图。
图9是表示阀指令运算部的控制压力与输出到电气式减压阀的电流值的关系的图。
图10是表示控制单元处理内容的流程图。
图11是采用本发明第2实施例的施工机械作业范围极限控制装置连同其油压驱动装置一并表示的图。
图12是表示本实施例的控制单元控制功能的功能框图。
图13是表示本实施例的作业范围限制控制中的第1及第2禁止侵入区以及设定距离的图。
图14是表示控制单元的处理内容流程图。
以下，根据图1～图10说明在油压挖土机上采用本发明时的第1形态。本实施例是对上方范围进行限制的情况。
在图1中，采用本发明的油压挖土机具有由以下各部分构成的油压驱动装置，即：油压泵2；由该泵2泵送的液压油驱动的，包括动臂缸3a、铲柄缸3b、铲斗缸3c、旋转电机3d、及左右移动电机3e、3f在内的多个油压驱动器；与这些油压驱动器3a～3f分别对应设置的多个操纵杆装置4a～4f；多个流量控制阀5a～5f，连接在油压泵2和多个油压驱动装置3a～3f之间、由操纵杆装置4a～4f的操作信号控制的、用于控制供给油压驱动装置3a～3f的液压油流量的多个流量控制阀5a～5f；以及当油泵2和流量控制阀5a～5f之间的压力超过设定值时开启的安全泄液阀6。
另外，如图2所示，油压挖土机包括：由分别沿垂直方向转动的动臂1a、铲柄1b、及铲斗1c构成的多关节作业机构、即前置装置1A；及由上部旋转体1d和下部移动体1e构成的车体1B；前置装置1A的动臂1a的基端被支承在上部旋转体1d的前部。动臂1a、铲柄1b、及铲斗1c、上部旋转体1d和下部移动体1e，各自分别由上述动臂缸3a、铲柄缸3b、铲斗缸3c、旋转电机3d、及左右移动电机3e、3f驱动。
操纵杆装置4a～4f采用以控制压力驱动对应的流量控制阀5a～5f的油压控制方式，如图3所示，分别由司机操作的操纵杆40、产生与操作杆40的操作量及操作方向对应的控制压力的一对减压阀41、42构成，减压阀的一次接口与控制泵43连接，而二次接口通过控制管线44a、44b；45a、45b；46a、46b；47a、47b；48a、48b；49a、49b连接于对应的流量控制阀的油压驱动部50a、50b；51a、51b；52a、52b；53a、53b；54a、54b；55a、55b。
本实施例的作业范围极限控制装置设在如上所述的油压挖土机上。该限制控制装置包括：设定器7，根据作业的种类预先设定前置装置1A不能侵入的区域(以下称第1禁止侵入区)的设定显示；角度检测器8a、8b、8c，设置在动臂1a、铲柄1b、及铲斗1c各自的关节联结部即转动支点处、用于检测作为与前置装置1A的位置及姿势有关的状态量的各自的转动角；控制单元9，输入设定器7的信号、角度检测器8a、8b、8c的检测信号，输出电信号作为作业范围极限的指令信号；及由上述电信号驱动的比例电磁阀10a、10b、11a、11b。比例电磁阀10a、10b、11a、11b分别设置在控制管线44a、44b；45a、45b上，根据各自的电信号对由操纵杆装置4a～4f产生的控制压力进行减压并输出。
设定器7利用设在操作盘或把手上的开关等操作装置将显示禁止侵入区的设定用的设定信号输出到控制单元9，所以在操作盘上也可以有显示装置等其他辅助装置。此外，也可采用IC插卡法、条形码法、激光法、无线通信法等其他方法。
控制单元9的控制功能示于图4。控制单元9具有第1禁止侵入区运算部9a、第2禁止侵入区运算部9b、极限值存储部9c、前置姿势运算部9d、减速控制运算部9e、最大缸速运算部9f、最大控制压力运算部9g、阀指令运算部9h、及电流输出部9i的各种功能。
在第1禁止侵入区运算部9中，根据来自设定器7的指示，进行前置装置1A不能侵入的第1禁止侵入区的设定运算。现用图5说明其一例。
在图5中，在前置装置1A上预先在规定部位设定多个监测点P1～P5，通过司机的操作使前置装置1A达到想要限制的高度，并根据来自设定器7的指示，计算此时的各监测点P1～P5的高度P1z～P5z，并将最高值作为第1禁止侵入区的临界值(Pcz1)。在本例中，设在铲柄1b后端的监测点P2最高，将其高度P2z设定作为第1禁止侵入区的临界值(Pcz1)。这时，P1z～P5z的值由前置姿势运算部9d计算。
在第2禁止侵入区运算部9b中，根据由第1禁止侵入区运算部9a计算的第1禁止侵入区的临界值(Pcz1)进行第2禁止侵入区的临界值(Pcz2)的计算。计算式如下。
Pcz2＝Pcz1-LA4
式中，LA4为设定在铲柄1b后端的监测点P2与监测点P1的距离。监测点P1设定在动臂1a和铲柄1b的转动支点。
极限值存储部9c用于存储在第1、第2禁止侵入区运算部9a、9b中计算的临界值Pcz1、Pcz2。
在前置姿势运算部9d中，运用由角度检测器8a～8c检测出的动臂、铲柄、铲斗的转动角及在控制单元9的存储装置内预先存储的如图5所示的前置装置1A及车体1B的各部尺寸LA1、LA2、LA3、LA4、LB1、LV1、LV2、LV3等数据，计算前置装置1A的位置和姿势。这时，位置和姿势例如可作为以动臂1a的转动支点为原点的XZ坐标系的Z坐标值求出。XZ坐标系是在固定于车体1B的垂直平面内的直角坐标系。
这里，在由运算部9a设定第1禁止侵入区时，前置姿势运算部9d按XZ坐标系的Z坐标值计算各监测点P1～P5，并取其中最大的值作为第1禁止侵入区的临界值(Z坐标值＝Pcz1)。
另外，前置姿势运算部9d，在油压挖土机作业过程中，计算着各监测点P1～P5的位置。在本实施例中进行上限控制时计算的监测点为P1、P5两点。如上所述，监测点P1设定在动臂1a和铲柄1b的转动支点。监测点P5设定在以铲斗1c的转动中心(铲斗销)为圆心、半径为LV1(从铲斗销到铲斗前端的距离)的圆的最高点。
这里，由前置姿势运算部9d所计算的监测点P1～P5的Z坐标值，用存储装置内存储的如图5所示的各部尺寸，根据转动角α、β、γ，利用下列各式求出。
P1z＝-LB1sinα
P2z＝LA2sin(α＋β)＋LA3cos(α＋β)－LB1sinα
P3z＝-LV1sin(α＋β＋γ)－LA1sin(α＋β)－LB1sinα
P4z＝-LV2sin(α＋β＋γ)＋LA3cos(α＋β＋γ)
        -LA1sin(α＋β)－LB1sinα
P5z＝-LA1sin(α＋β)－LB1sinα＋LV1而α、β、γ以图5中的箭头所示顺时针转动方向为正。
在减速控制运算部9e中，根据由前置姿势运算部9d计算的监测点P1～P5的Z坐标值P1z、P5z、在极限值存储部9c存储的第1、第2禁止侵入区的临界值Pcz1、Pcz2、及在控制单元9的存储装置内预先存储的表示减速范围的距离(以下称减速距离)Lj和减速函数(在后文说明)，计算动臂缸3a的伸出和缩回、铲柄缸3b的伸出和缩回的减速指令信号KBU、KBD、KAC、KAD。以下参照图6说明其计算内容。
首先，计算监测点P1与第2禁止侵入区之间的距离Lj1、监测点P5与第1禁止侵入区之间的距离Lj5。然后，
(1)如距离Lj1、Lj5都大于减速距离Lj，(如Lj1≥Lj，且Lj5≥Lj)，则减速指令信号KBU、KBD、KAC、KAD为1。即，
KBU＝1
KBD＝1
KAC＝1
KAD＝1
(2)如Lj1＜Lj，且Lj5≥Lj，则KBU、KBD、KAC、KAD按下式求得。
KBU＝Lj1/Lj
KBD＝1
KAC＝1
KAD＝1
(3)如Lj1≥Lj，且Lj5＜Lj，则KBU、KBD、KAC、KAD按下式求得。
KBU＝Lj5/Lj
KBD＝1
KAC＝1
KAD＝Lj5/Lj
(4)如Lj1＜Lj，且Lj5＜Lj，则KBU、KBD、KAC、KAD按下式求得。
KBU＝min(Lj1、Lj5)/Lj
KBD＝1
KAC＝1
KAD＝Lj5/Lj
上列各式分别示于图7。在图7中，图7(a)表示上述(2)的情况，图7(b)表示上述(3)的情况，图7(c)表示上述(4)的情况。如图7(a)所示，在上述(2)的情况下，减速指令信号KBU在随着距离Lj1减小到减速距离Lj的范围内从1作线性减小，如距离Lj1＝Pcz2、即监测点P1到达第2禁止侵入区的边界Pcz2时，减速指令信号KBU变为0。就是说，如监测点P1进入减速区域，则使动臂缸3a的伸出方向的动作(动臂升起)减速，而如监测点P1到达第2禁止侵入区的边界Pcz2时，使其动作(动臂升起)停止。另一方面，其他的减速指令信号KBD、KAC、KAD仍保持为1，所以铲柄1b可自由动作。
如图7(b)所示，在上述(3)的情况下，减速指令信号KBU、KAD在随着距离Lj5减小到减速距离Lj的范围内从1作线性减小，如距离Lj5＝Pcz1、即监测点P5到达第1禁止侵入区的边界Pcz1时，减速指令信号KBU、KAD变为0。就是说，如监测点P5进入减速区域，则使铲柄缸3b的伸出方向的动作(铲柄升起)及铲柄缸3b的缩回方向的动作(铲柄倾卸)两者都减速，而如监测点P5到达第1禁止侵入区的边界Pcz1时，使这两种动作(铲柄升起及铲柄倾卸)停止。
如图7(c)所示，在上述(4)的情况下，减速指令信号KBU在上述(2)和(3)中计算的减速指令信号中取小的值，减速指令信号KAD与上述(3)中计算的值相同。即，监测点P1到达第2禁止侵入区的边界Pcz2后，减速指令信号KBU变为0，动臂缸3a不会再从第2禁止侵入区的边界Pcz2的位置上升，而只将铲柄缸3b的缩回方向的动作(铲柄倾卸)减速。
在最大缸速运算部9f中，根据在控制单元9内预先存储的动臂伸出方向及缩回方向的最大缸速VBU max、VBD max、铲柄伸出方向及缩回方向的最大缸速VAC max、VAD max、及上述KB、KA，计算动臂伸出及缩回动作减速时的最大缸速VBU maxc、VBD maxc、及铲柄伸出、缩回动作减速时的最大缸速VAC maxc、VAD maxc。其运算式如下。
VBU maxc＝KBU×VBU max
VBD maxc＝KBD×VBD max
VAC maxc＝KAC×VAC max
VAD maxc＝KAD×VAD max
在最大控制压力运算部9g中，根据由最大缸速运算部9f计算出的VBUmaxc、VBD maxc、VAC maxc、VAD maxc、在控制单元9内预先存储的如图8所示的控制压力和缸速表，计算动臂伸出及缩回动作的减速最大控制压力PBU maxc、PBD maxc、及铲柄伸出、缩回动作的减速最大控制压力PAC maxc、PAD maxc。
在阀指令运算部9h中，根据由最大控制压力运算部9g计算出的PBUmaxc、PBD maxc、PAC maxc、PAD maxc、在控制单元9内预先存储的如图8所示的控制压力和电流值表，计算与电动减压阀10a、10b、11a、11b对应的确定动臂伸出、缩回、铲柄伸出、缩回动作速度的电信号iBU、iBD、iAC、iAD。
电流输出部9i将与iBU、iBD、iAC、iAD对应的电流值输出到电动减压阀10a～11b。
这里，当在减速控制运算部9e中计算的减速指令信号KBU＝1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＝1时，由最大控制压力运算部9g计算出的减速最大控制压力PBU maxc、PBD maxc、PAC maxc、PAD maxc设定为控制压力的最大压力(控制泵的总压)，这时的指令电流值iBU、iBD、iAC、iAD是使比例电磁阀10a、10b、11a、11b全开的电流值。而当KBU＝0、KBD＝0、KAC＝0、KAD＝0时，减速最大控制压力PBUmaxc、PBD maxc、PAC maxc、PAD maxc变为0，这时的指令电流值iBU、iBD、iAC、iAD是使比例电磁阀10a、10b、11a、11b全闭的电流值。
现以图10中的流程图表示以上的控制流程。
在图10中，步骤400、410相当于前置姿势运算部9d，步骤200、500～550相当于减速控制运算部9e，步骤600相当于最大缸速运算部9f，步骤700、710相当于最大控制压力运算部9g，步骤800相当于阀指令运算部9h，步骤900、910相当于电流输出部9i。而步骤300～320为以安全为目的的初始设定。
另外，在以上所述中，在将动臂1a作为第1前置构件、以铲柄1b作为第2前置构件时，操纵杆4a、4b构成向多个前置构件的动作发出指示的多个操作装置，监测点P1相当于设定在第2前置构件上的第1监测点，控制单元9的第2禁止侵入区运算部9b及极限值存储部9c构成用于设定从第1禁止侵入区起位于前置装置1A侧的第2禁止侵入区的禁止侵入区设定装置，角度检测器8a、8b、8c、比例电磁阀10a、10b、11a、11b、及控制单元9的前置姿势运算部9d、减速控制运算部9e、最大缸速运算部9f、最大控制压力运算部9g、阀指令运算部9h、电流输出部9i，构成第1操作信号校正装置，用于在设定于第2前置构件上的第1监测点将要侵入第2禁止侵入区之前对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使第1前置构件停运、但使上述第2前置构件动作。该第1操作信号校正装置，如上所述，如果上述第1监测点接近上述第2禁止侵入区，则对上述第1前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1前置构件减速。
另外，监测点P5相当于设定在前置装置1A上的第2监测点，角度检测器8a、8b、8c、比例电磁阀10a、10b、11a、11b、及控制单元9的前置姿势运算部9d、减速控制运算部9e、最大缸速运算部9f、最大控制压力运算部9g、阀指令运算部9h、电流输出部9i，还构成第2操作信号校正装置，用于在设定于前置装置1A上的第2监测点将要侵入第1禁止侵入区之前对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使第1及第2前置构件两者都停运。该第2操作信号校正装置，如上所述，如果上述第2监测点接近上述第1禁止侵入区，则对上述第1、第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1及第2前置构件两者都减速。
在由第2禁止侵入区运算部9b计算第2禁止侵入区的临界值Pcz2时从第1禁止侵入区的临界值Pcz1减去的LA4(设定在铲柄1b后端的监测点P2与监测点P1的距离)，是在第1监测点位于第2禁止侵入区的边界上的状态下使第2前置构件动作时，第2前置构件的任何部位都不侵入第1禁止侵入区的距离，上述禁止侵入区设定装置将第2禁止侵入区设定为与第1禁止侵入区只相隔该距离。
其次，说明按以上方式构成的本实施例。
如果司机分别操作使臂沿升起方向运动以及使铲柄沿倾卸方向运动的动臂用及铲柄用的操纵杆装置4a、4b使前置装置1A向上方动作，于是在动臂升起侧的控制管线44a及铲柄倾卸侧的控制管线45b内部产生控制压力，驱动油压控制阀5a、5b，使前置构件(即动臂1a及铲柄1b)动作。利用角度检测器8a～8c检测动臂1a、铲柄1b、及铲斗1c的各关节的角度，并将检出的信号输入到控制单元9的前置姿势运算部9d。在前置姿势运算部9d中根据该输入信号计算监测点P1～P5的位置，并在减速控制运算部9e中，根据由前置姿势运算部9d计算出的监测点P1～P5的Z坐标值P1z、P5z及在极限值存储部9c内存储的第1和第2禁止侵入区的临界值Pcz1、Pcz2，计算监测点P1与第2禁止侵入区的临界值Pcz2的距离Lj1及监测点P5与第1禁止侵入区的临界值Pcz1的距离Lj5，并将该距离Li1、Li5与减速距离Lj进行比较，判断监测点P1、P5是否进入各自的减速区域。
这时，如前置装置1A的上升还不算高，监测点P1、P5距第1及第2禁止侵入区较远，则因Lj1≥Lj，且Lj5≥Lj，所以减速控制运算部9e中判断监测点P1、P5都没有进入各自的减速区域，因而生成KBU＝1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＝1的减速指令信号。因此，比例电磁阀10a、10b、11a、11b全开，仍将由操纵杆装置4a、4b生成的控制压力传送到动臂用油压控制阀5a及铲柄用油压控制阀5b，使其可按照司机的操作动作。
如前置装置1A上升到使监测点P1、P5中的一个、例如监测点P1到达减速区域，则在减速控制运算部9e中变成Lj1＜Lj、且Lj5≥Lj，因而判断出监测点P1进入了减速区域，并根据Lj按照上述(2)中给出的计算式(图7(a)示出的关系)，计算出KBU＜1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＝1。因此，动臂缸3a的伸出动作、即动臂的上升减速，同时，铲柄1b仍可按司机的操作自由动作。如前置装置1A继续上升，使监测点P1到达第2禁止侵入区，则Lj1＝Pcz2，在减速控制运算部9e中，KBU变为0，使动臂的停止上升。另一方面，这时，如监测点P5尚未到达减速区域，则KBD、KAC、KAD仍为1，铲柄1b仍可自由动作。而如果监测点P5在减速区域内，则变为KBU＜1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＜1(下文说明)，铲柄1b减速，但不停止。这时，由于第2禁止侵入区与第1禁止侵入区相隔距离为LA4，所以即使铲柄1b动作，铲柄1b也不会有任何部位侵入第1禁止侵入区。
另外，当监测点P5到达减速区域时，在减速控制运算部9e中，变为Lj1≥Lj、且Li5＜Lj，因而判断出监测点P5已进入减速区域，并根据距离Lj按照上述(3)中给出的计算式(图7(b)示出的关系)，计算出KBU＜1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＜1。因此，动臂缸3a的伸出动作(即动臂上升)和铲柄缸3b的缩回动作(即铲柄倾卸)两者都减速。
当监测点P1、P5两者都位于减速区域时，在减速控制运算部9e中，变为Lj1＜Lj、且Lj5＜Lj，因而判断出监测点P1、P5已都进入减速区域，并根据距离Lj按照上述(4)中给出的计算式(图7(c)示出的关系)，计算出KBU＜1、KBD＝1、KAC＝1、KAD＜1。因此，动臂缸3a的伸出动作(即动臂上升)和铲柄缸3b的缩回动作(即铲柄倾卸)两者都减速。这时，由于减速指令信号KBU在上述(2)和(3)中计算的减速指令信号中取小值，所以监测点P1到达第2禁止侵入区的边界Pcz2后，减速指令信号KBU变为0，动臂1a不会再从第2禁止侵入区的边界Pcz2的位置上升。
如只铲柄1b继续上升，并使监测点P5到达第1禁止侵入区，则使Lj5＝Pcz1，在减速控制运算部9e中减速指令信号KAD也变为0，所以铲柄缸3b的缩回动作(即铲柄倾卸)也停止，前置装置1A完全停止。
如采用按如上方式构成的本实施例，则如监测点P1到达第2禁止侵入区的边界，则即使动臂1a停止动作，但因铲柄1b并不停止，所以能尽可能地抑制操作性能的降低。
另外，如监测点P1侵入减速区域则动臂1a被减速，但只要监测点P5不侵入减速区域，铲柄1b仍能自由动作，因此可抑制操作性能的降低。
由于第2禁止侵入区被设定在位于自第1禁止侵入区起距离LA4的前置装置侧，所以即使铲柄1b动作，铲柄1b的后端(前置装置的一个部分)也不会侵入第1禁止侵入区，因而能防止前置装置与障碍物接触。
监测点P1、P5如侵入各自的减速区域，则动臂1a及铲柄1b被减速，所以在将要分别侵入第1禁止侵入区和第2禁止侵入区之前使其滑动停止，能缓和动臂1a和铲柄1b越过或停止时发生的冲击。
由于在监测点P5紧临侵入第1禁止侵入区之前使动臂1a及铲柄1b两者都停止，所以前置装置1A完全停止，不会侵入第1禁止侵入区。
根据图11～图14说明本发明的第2示实施例。本实施例也是进行上方范围限制的情况。图中，与上述各图所示同样的构件及部分，标以相同的符号。
在图11所示，本实施例的作业范围极限控制装置中，除了设置图1所示的第1实施例的结构外，还备有蜂鸣器56。当在前置装置1A上所设的监测点接近预先设定的禁止侵入区时，该蜂鸣器56会发出鸣响，通知司机危险，由控制单元9A进行控制。
控制单元9A具有如图12所示的控制功能。即，控制单元9A具有第1禁止侵入区运算部9a、第2禁止侵入区运算部9b、极限值存储部9c、前置姿势运算部9d、余裕距离运算部9j、阀指令运算部9h、电流输出部9i、及蜂鸣器控制运算部9m的各种功能。
第1禁止侵入区运算部5a、第2禁止侵入区运算部9b、极限值存储部9c、前置姿势运算部9d、电流输出部9i的各项功能，与在第1实施例中所做的说明相同。
在余裕距离运算部9j中，根据由前置姿势运算部9d计算出的监测点P1～P5的Z坐标值P1z、P5z以及在极限值存储部9c内存储的第1和第2禁止侵入区的临界值Pcz1、Pcz2，计算监测点P1与第2禁止侵入区之间的距离Lj1及监测点P5与第1禁止侵入区的距离Lj5，
在阀指令运算部9h中，将由余裕距离运算部9j计算出的距离Lj1、Lj5与预先设定的距离Lm1、Lm5进行比较，根据其结果计算输出到电动比例减压阀10a～11b的电信号iBU、iBD、iAC、iAD。这里，距离Lm1、Lm5是当司机将操纵杆扳回中间位置时，即使控制系统等存在延迟，仍能将前置装置停止，使其不会进入第1禁止侵入区以及第2禁止侵入区的余裕距离。电信号iBU、iBD、iAC、iAD的运算内容如下所示。
(1)如Lj1≥Lm1，且Lj5≥Lm5，则
iBU＝iMAX
iBD＝iMAX
iAC＝iMAX
iAD＝iMAX
式中，iMAX，如图9所示，是减速最大控制压力变为控制压力的最大压力(控制泵的总压)时的电流指令值、即，使比例电磁阀10a～11b全开的电流值。
(2)如Lj1＜Lm1，且Lj5≥Lm5，则
iBU＝0
iBD＝iMAX
iAC＝iMAX
iAD＝iMAX
式中，iBU＝0，是使比例电磁阀10a全闭的情况。
(3)如Lj1≥Lm1，且Lj5＜Lm5，则
iBU＝0
iBD＝iMAX
iAC＝iMAX
iAD＝0
(4)如Lj1＜Lm1，且Lj5＜Lm5，则
iBU＝0
iBD＝iMAX
iAC＝iMAX
iAD＝0
在蜂鸣器控制运算部9m中，将由余裕距离运算部9j计算出的距离Lj1、Lj5与预先设定的距离Lb1、Lb5进行比较，根据其结果计算向蜂鸣器56输出的电信号。这里，距离Lb1、Lb5是在发现监测点P1、P5已接近第1及第2禁止侵入区时发出的报警距离，设定为Lb1＞Lm1、Lb5＞Lm5。这时的运算内容如下。
(1)如Lj1≥Lb1，且Lj5≥Lb5，则蜂鸣器56不鸣响。
(2)如Lj1＜Lb1，且Lj5＜Lb5，则蜂鸣器56发出断续鸣响。
现以图14中的流程图表示以上的控制流程。
在图14中，步骤400、410相当于前置姿势运算部9d，步骤200、1000相当于余裕距离运算部9j，步骤1100、1110相当于蜂鸣器控制运算部9m，步骤1200～1260相当于阀指令运算部9h，步骤900、910相当于电流输出部9i。
在按以上方式构成的本实施例中，分别设定与监测点P1对应的第2禁止侵入区和与监测点P5对应的第1禁止侵入区，即使在监测点P1与第2禁止侵入区的距离为Lm1时使动臂停止上升，但只要监测点P5与第1禁止侵入区的距离还不到Lm5，则并不停止对铲柄的控制，所以能尽可能地抑制操作性能的降低。
另外，虽然是在监测点P1紧临侵入第2禁止侵入区之前将动臂的动作速度变为0，但因第2禁止侵入区的高度比第1禁止侵入区低LA4，所以即使铲柄动作，铲柄的后端也不会侵入第1禁止侵入区。
另一方面，当监测点P5与第1禁止侵入区之间存在的距离为Lm5时，因为是同时对动臂、铲柄进行停止控制，由于是在监测点P5紧临侵入第1禁止侵入区之前使动臂、铲柄的速度变为0，所以前置装置也不会侵入第1禁止侵入区。
当监测点P1与第2禁止侵入区的距离在Lb1以下时，或当监测点P5与第1禁止侵入区的距离在Lb5以下时，由于蜂鸣器56会发出断续的蜂音，通知司机监测点P1或P5差点就要达到禁止侵入区，因而事先可以放松操纵杆的操作，使驱动装置减速，缓和停运时的冲击。
另外，本发明的作业范围极限控制装置不限于上述实施例，可以有各种变形。作为一例，在上述实施例中，可以采用检测转动角的角度计，也可以采用检测液压缸的动程的办法，作为检测与前置装置1A的位置和姿势有关的状态量的装置，此外，在说明中虽然叙述的是针对上方范围极限的情况，但在前方划定垂直或倾斜边界而设定禁止侵入区的情况下，本发明同样适用。即使在下方也是同样的。
在上述实施例中，对第1前置构件是动臂、第2前置构件是铲柄的情况应用了本发明，但即使是在铲柄和铲斗的情况下，也同样可应用本发明，能获得同样的效果。
再有，在上述实施例中，虽然表明本发明适用于施工机械在前置装置上备有单动臂的通常油压挖土机的场合，但对在前置装置上备有双动臂的油压挖土机、或在前置装置上备有偏置部的油压挖土机，本发明也能同样适用，在这种情况下，对双动臂的2个动臂、双动臂的1个动臂和铲柄、铲柄与偏置部、动臂和铲柄等，本发明均能适用，可获得同样效果。
另外，在上述实施例中，在以油压控制方式的操纵杆装置驱动流量控制阀的油压驱动装置中应用了本发明，但对具有电动操纵杆装置的油压驱动装置，本发明也同样适用，可获得同样效果。
如采用本发明，不但能尽量不降低操作性能、而且能防止前置装置与障碍物接触。

Claims (10)

1.一种施工机械作业范围限制控制装置，是为这样的施工机械而准备的，即该施工机械备有：施工机械的作业机构本体、由包含联结于该作业机构本体的第1及第2前置构件的多个前置构件构成的多关节型前置装置、用于驱动上述多个前置构件的多个油压驱动装置、用于对上述多个前置构件的动作发出指示的多个操作装置、根据来自上述多个操作装置的信号驱动控制供给上述多个油压驱动装置的液压油流量的多个流量控制阀；如上述前置装置到达预先设定的第1禁止侵入区，则停止对上述油压驱动装置供给液压油，并使上述前置装置停运；该施工机械作业范围限制控制装置的特征在于备有：禁止侵入区设定装置，用于设定自上述第1禁止侵入区起位于上述前置装置侧的第2禁止侵入区；及第1操作信号校正装置，用于当设定于上述第2前置构件上的第1监测点将要侵入上述第2禁止侵入区之前对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1前置构件停止，且使上述第2前置构件动作。
2.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：如上述第1监测点接近上述第2禁止侵入区，则上述第1操作信号校正装置对上述第1前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1前置构件减速。
3.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：还备有第2操作信号校正装置，用于在设定于上述前置装置上的第2监测点将要侵入上述第1禁止侵入区之前，对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1及第2前置构件两者都停运。
4.根据权利要求3所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：如上述第2监测点接近上述第1禁止侵入区，则上述第2操作信号校正装置对上述第1及第2前置构件的操作装置的操作信号进行校正，使上述第1及2前置构件两者都减速。
5.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述第1及第2前置构件是第2前置构件相对于第1前置构件转动的以关节联结的邻接前置构件。
6.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述第1及第2前置构件，是油压挖土机的动臂和铲柄。
7.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述禁止侵入区设定装置将上述第2禁止侵入区设定在与上述第1禁止侵入区相隔这样的距离，即，当上述第1监测点位于上述第2禁止侵入区的边际状态下使上述第2前置构件动作时，上述第2前置构件的任何部位都不会侵入上述第1禁止侵入区。
8.根据权利要求1所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述多个操作装置采用输出控制压力作为上述操作信号的油压控制方式，上述第1操作信号校正装置包含控制压力校正装置，在上述第1监测点将要侵入上述第2禁止侵入区之前，使上述第1前置构件的操作装置的控制压力降低到油箱压力。
9.根据权利要求2所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述多个操作装置采用输出控制压力作为上述操作信号的油压控制方式，上述第2操作信号校正装置包含控制压力校正装置，当上述第2监测点将要侵入上述第1禁止侵入区之前，使上述第1及第2前置构件的操作装置的控制压力降低到油箱压力。
10.根据权利要求8或9所述的施工机械作业范围限制控制装置，其特征在于：上述控制压力校正装置包含电动减压阀，该阀设置在将来自上述第1及第2前置构件的操作装置输出的控制压力传送到相应的流量控制阀的控制管线上。
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